Юный техник, 2007 № 03

Где-то к середине XXI века в дальний космос будет отправлен космический корабль со 180 космонавтами на борту. Цель полета — разведка обитаемых миров за пределами Солнечной системы. Предполагается, что в эксперименте будут участвовать в основном молодые люди: сами они вряд ли смогут вернуться обратно на Землю, и их дело продолжат потомки, родившиеся на борту корабля.

Предполагается, что в стартовую группу войдут люди, не только психологически готовые посвятить жизнь общему делу, но и способные долгие десятилетия терпеть монотонность жизни на борту «космической тюрьмы», как жестко назвал такой корабль ученый-фантаст Джеффри Лэндис.

Еще одним критерием отбора в группу «родоначальников» новой колонии за пределами Земли будет знание всеми хотя бы одного общего языка. Предполагается, что таким языком станет прежде всего английский — ведь авторы проекта как-никак американцы.

При этом разработчики отдают себе отчет, что уже лет через 50 на корабле сложатся свои традиции, образуется свой диалект, который чем дальше, тем сильнее будет отличаться от земного первоисточника.

Станислав СЛАВИН, Владимир ЧЕРНОВ

Кстати..

ЖЕНСКИЕ КОСМИЧЕСКИЕ РЕКОРДЫ

Первая исследовательница в космосе — биохимик Пегги Уитсон — в 2002 году провела полгода на МКС. Первой представительницей Канады на борту МКС была Жюли Пайетт (1999 г.). Мэй Джемисон, инженер и врач, стала первой чернокожей астронавткой (1992 г). Первая японка в космосе — Шияки Мукаи (1994 г.). Первой индианкой стала Калпана Чавла в полете «шаттла» «Колумбия» 1997 года. Правда, она летела туда уже как гражданка США. После гибели Чавлы с экипажем «Колумбии» — корабль развалился при посадке — «Калпаной» названа серия метеоспутников Индии.

Совсем недавно, в сентябре 2006 года, привет из космоса на историческую родину передала первая украинка. Астронавтка Хайдемари Стефанишин-Пайпер, член экипажа «Атлантиса», ведет свое происхождение из деревни в Львовской области.

Самая молодая сегодня космонавтка — Стефани Уилсон. Она родилась 27 сентября 1966 года. В самом юном возрасте в космосе побывала Валентина Терешкова — в 26 лет. В 28 полетела Хелен Шарман, уроженка Великобритании.

Первой учительницей в космосе должна была стать Криста Маккалифф. Именно она, обойдя 11 000 претенденток, выиграла почетное право провести космический урок. Но звонок с орбиты так и не прозвенел. Криста погибла вместе со всеми членами экипажа при старте. В ее честь названы астероид и кратер на Луне.

Первым министром среди женщин, побывавших на орбите, стала астронавтка из Франции Клоди Эньере, летавшая на наших «Союзах».

В космосе уже побывали 36 гражданок США, 1 француженка, 1 англичанка, 1 японка, 2 канадки и 3 россиянки.

Первые китаянки, похоже, отправятся в космос в 2010 году. В 2006 году в Китае уже отобрали 35 кандидаток в тайконавтки из 200 тысяч кандидаток в возрасте 17–20 лет.

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Соперники государства

Космические полеты на орбиту Земли и далее становятся не только государственным делом, но и частным бизнесом. Это показала выставка самодельных космических аппаратов, прошедшая недавно в Нью-Мексико, США.

Большинство проектов представлены лишь макетами. Потому, как, например, первый частный корабль SpaceShipOne, сконструированный и построенный под руководством обладателя множества всевозможных премий и наград Берта Рутана, — тот самый, что уже совершал успешные суборбитальные полеты (см. «ЮТ № 1 за 2005 г.), — сейчас занял место среди экспонатов самого престижного в мире Смитсонианского аэрокосмического музея в США. И это, конечно, сделало экспозицию в Нью-Мексико менее убедительной. Один из участников этой выставки — создатель знаменитой компьютерной игры Doom, Джон Кармак, «заболел» космосом и строит космический корабль Black Armadillo. Но его аппарату до космоса далеко — он может пока подниматься лишь на 6 метров и держится в воздухе несколько секунд. На выставке аппарат на глазах у публики неудачно приземлился и больше не стартовал.

Экспозиция в Нью-Мексико.

Первый частный корабль SpaceShipOne.

Двигатель фирмы Starchaser Industries вообще взорвался на глазах у публики, хотя без зрителей работал во всю мощь. Тем не менее, его создатели обещают, что второй экземпляр такого двигателя они вскоре продемонстрируют вместе с суборбитальным кораблем и стартовым ускорителем с многообещающим именем Churchill («Черчилль»).

Однако, положа руку на сердце, надо сказать, что наиболее близки к осуществлению те проекты, которые некогда созданы в государственных центрах и лабораториях, но затем по разным причинам были заморожены.

Например, Тино Эккере, инженер Немецкого центра аэрокосмических исследований, полагает: первое, что нужно сделать создателям частных «челноков», так это отказаться от той керамической защиты, которая используется сейчас на шаттлах.

«Каждую из 20 000 таких плиток изготавливают индивидуально, по особым чертежам. И если ее приходится менять, то плитку-дубликат опять-таки приходится делать по особому заказу. А это требует сумасшедших затрат», — говорит он.

Чтобы резко сократить расходы. Эккере и его коллеги предлагают изменить как обводы самого челнока, так и конструкцию плиток. В итоге теплозащита будущего частного челнока будет состоять из стандартных элементов, изготовляемых серийно и заменяющих друг друга столь же просто, как кирпичи на стройке.

Еще один немецкий конструктор, Мартин Зиппель, предлагает вернуться к опыту доктора Зенгера, который еще в 40-е годы прошлого века предложил концепцию космического самолета, способного облететь земной шар (см. подробности в «ЮТ» № 9 за 2004 г.).

«Нужно, конечно, модернизировать этот проект с учетом современных технологий, — рассуждает Зиппель, — и использовать такой самолет не в качестве космического бомбардировщика, а для перевозки пассажиров, например, из Европы в Австралию»…

Как показали расчеты, такой облегченный челнок, взлетев вертикально на высоту порядка 100 км, не только продемонстрирует космическим туристам орбитальные красоты, позволит им испытать в течение нескольких минут невесомость, но потом, планируя «блинчиком» — то есть отталкиваясь от плотных слоев атмосферы и снова погружаясь в нее с постепенным замедлением скорости, — сможет доставить своих пассажиров в Австралию всего за 1,5 часа вместо 15–20, которые приходится тратить на перелет туда из Германии.

Немецкие специалисты успели даже подсчитать, что если пустить такой суборбитальный лайнер по линии, скажем, Мельбурн — Сингапур, то можно будет совершать до 5000 полетов в год, перевозя каждый раз до 50 человек. Именно столько человек летает сегодня по этому маршруту.

Символично, что к подобным проектам весьма серьезно относятся бывшие астронавты. Так, пилот шаттла Рик Сирфосс, в одном из полетов командовавший «Колумбией», уже совершил несколько полетов на ракетном самолете Е2 Rocket.

Компания PlanetSpace бросила прямой вызов НАСА и разрабатывает альтернативные транспортные средства доставки людей на орбиту и на МКС. Космический корабль Silver Dart, рассчитанный на 8 человек, является модификацией аппарата, который разрабатывали ВВС США несколько десятилетий назад.

Первая модификация космического корабля Silver Dart.

Интересно, что PlanetSpace создает также новую ракету, за основу которой взята конструкция V-2 Вернера фон Брауна, построенная еще в годы Второй мировой войны. Она оказалась настолько удачной, что именно на ее основе была создана знаменитая «Семерка» Сергея Королева, на которой был впервые осуществлен первый орбитальный полет человека.

Первая ступень новой ракеты развивает тягу в 26 тонн, что было достигнуто еще фон Брауном. На второй же ступени теперь установлены уже не жидкостные, а твердо-топливные двигатели, неизвестные в годы войны.

Еще одна компания — SpaceDev — готова забросить экипаж или туристов на Международную космическую станцию. С этой целью компания строит корабль Dream Chaser на основе варианта шаттла, от которого НАСА отказалось 10 лет назад. Dream Chaser может поднять в космос 6 человек. Корабль будет в 4 раза меньше нынешнего «челнока», поскольку не предназначен для особо габаритных грузов.

Кроме того, он не требует криогенного топлива и изоляции баков из вспененного теплоизолятора, который предательски отваливается при старте. Стартует Dream Chaser вертикально, приземляется — горизонтально. Причем, отработав технологию на околоземных полетах, компания готова затем осуществить высадку людей на Луну. И стоить такая экспедиция будет в 10 раз дешевле, чем миссия, задуманная НАСА (10 млрд. долларов против 104 млрд.).

Главный источник экономии — высадка астронавтов планируется не в одном корабле, а «в розницу», на ракетных креслах. Чтобы вернуться на Землю, связка из четырех кресел помещается в небольшую капсулу.

По расчетам бизнесменов, за средства одной государственной экспедиции на Луне могут побывать 40 человек, доверившихся частной фирме. И организовать такое путешествие можно будет уже в 2010–2015 годах; заметим: НАСА собирается осуществить высадку на Луну лишь в 2018 году.

Десятки лет длилась монополия государств на пилотируемые космические полеты. Теперь даже руководитель НАСА Майкл Гриффин признал: скоро его ведомство начнет заключать контракты с частными фирмами на участие в пилотируемых программах.

Кстати, любопытно, что сама выставка была организована именно в том месте, где уже намечено строительство Юго-Западного регионального космопорта для частных космических стартов.

Г. МАЛЬЦЕВ

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

А мы шагаем, шагаем, шагаем…

Странного гостя в царстве автомобилей можно было увидеть на очередном Московском автосалоне. В лучах прожекторов, отражавшихся в хрустальных фарах автомобилей, время от времени показывался человекоподобный робот ASIMO, привлекая внимание к автомобилям. Надо сказать, интерес к роботу был необычайный.

Хронология андроидов

Биография ASIMО и его родственников такова. Само имя человекоподобного робота — аббревиатура английского выражения Advanced Step in Innovative Mobility — «Новый подход к движению».

Этот подход заключается, в частности, в том, как при ходьбе ASIMО переносит центр тяжести на опорную ногу и, уверенно сохраняя равновесие, поднимается и спускается по лестнице. Способен он для развлечения зрителей станцевать твист. Однако для того чтоб понять, как робот может ходить на двух ногах, не падая, ученым и инженерам понадобилось 20 лет. Первый двуногий экспериментальный робот Honda по имени Е0, созданный в 1986 году, мог лишь медленно двигаться по прямой линии на ровной поверхности.

Робот ASIMО.

Неужели ходьба такое трудное испытание? Да! Воспользовавшись методами, разработанными еще в первой половине XX века советским ученым Н.А.Бернштейном, японские инженеры тщательно изучили движения человека при ходьбе и выявили, что каждый шаг — это, по существу, контролируемое падение.

Шагая, мы перемещаем центр тяжести тела вперед и, чтобы не упасть, выставляем для опоры ногу. Кроме того, мы постоянно слегка наклоняем корпус в поперечном направлении, чтобы центр тяжести находился над опорной ногой. Но если человек делает это подсознательно, то робот должен постоянно просчитывать самые элементарные движения. Может быть, потому он и поныне выглядит несколько медлительным. А на первых порах так и вообще то и дело заваливался на бок.

В последующих модификациях экспериментальных роботов, разработанных в 1987–1993 годах, инженеры Honda осваивали «динамичную ходьбу». И лишь добившись, чтобы роботы перестали падать на ровной поверхности, стали учить их ходить в гору, под гору, по ступенькам… Причем все это время роботы имели лишь ноги.

И только в 1993 году к ногам добавили туловище, руки и голову. Впрочем, первый настоящий прототип робота Р1 при росте 1,87 м и весе 175 кг особых симпатий не вызывал.

Следующий прототип Р2 передвигался лучше, и внешность его была приятнее. Он ухитрялся сохранять равновесие, даже когда его толкали. Модель РЗ имела рост 1,57 м и вес 130 кг. Чтобы изменить направление движения, роботу необходимо было сначала остановиться и только затем повернуться.

История развития роботов: 1986 г. — роботы Е0 и Е1 пытались освоить азы ходьбы; 1987–1993 годы — роботы ЕЗ и Е6 научились ходить, не падая; 1993–1997 годы — роботы Р1 и Р2 получили в дополнение к ногам туловище, руки и голову; 2000–2006 годы — роботы Р3 и ASIMО ходят почти как люди.

Возможности ASIMO

По сравнению со своими предшественниками, ASIMО, или Асимо, появившийся в 2001 году, совсем малыш: рост всего 120 см, вес около 50 кг. При этом вычислительные способности его электронного мозга эквивалентны тридцати персональным компьютерам.

Электроника нужна не только для того, чтобы координировать движения; Асимо еще способен видеть, слышать и говорить. Он распознает и может хранить в памяти до трех десятков человеческих лиц, а также понимает 50 команд на японском и английском языках. Реагирует он и на некоторые жесты. Например, если протянуть ему руку, он вежливо и аккуратно ее пожмет своей механической рукой. Поприветствовав вас, он может даже представиться.

Впрочем, главное достижение создателей Асимо — новая технология движения, названная ими «умной ходьбой». «Мышцы» робота — 26 сервомоторов, а шарниры-суставы обладают 26 степенями свободы. Поэтому робот гораздо подвижнее предшественников. Сохранять равновесие ему помогает трехкоординатный гироскопический акселерометр. Потому Асимо способен ходить по горизонтальной плоскости, двигаться по наклонным поверхностям, подниматься и спускаться по лестницам. Его «коленный» сустав имеет одну степень свободы, а «тазобедренный» и «голеностопный» — соответственно три и две, что обеспечивает вращение вокруг горизонтальной оси и перемещение в поперечном направлении. Перед тем как сделать первый шаг, робот переносит центр тяжести на одну ногу, а затем производит такое движение при каждом шаге. Общее впечатление — Асимо ходит по-матросски, вразвалочку.

Выходя к публике, робот Асимо, как откровенно сказали его создатели, действовал по жесткой программе. В выставочном павильоне, где гремит музыка и одновременно разговаривает множество людей, а также мигают прожектора, его система управления время от времени давала сбой. Поэтому один из ведущих в любой момент был готов руководить поведением робота по радио.

Робот ARNEA.

А что у нас?

Компания электронных приборов, которая создает первые в нашей стране роботы-гуманоиды, базируется в Санкт-Петербурге. Детища наших робототехников ведут себя почти как люди, только маленькие — рост роботов ARNE и ARNEA — 123 см, вес более-менее стандартный — 61 кг. И двигаются они пока со скоростью неспешного пешехода.

Тем не менее, их создатели, сотрудники ОАО «Новая эра», работающие в тесном сотрудничестве со студентами Санкт-петербургского политехнического университета, этим довольны. Благодаря встроенным приводам и сенсорам, роботы имеют не только 28 степеней свободы в движениях конечностей и туловища, но способны также реагировать на прикосновения, звук и свет, команды, передаваемые им по радио. Распознавая около 40 команд, роботы способны миновать препятствия, отличать и запоминать объекты и цвета, даже говорить.

«Насколько нам известно, мы — единственные, кто разрабатывает роботов-андроидов в России, — сообщил журналистам Александр Яковлев, технический руководитель проекта. — Наши роботы перемещаются и ведут себя подобно людям, поскольку предназначены для использования в быту, для помощи пожилым и одиноким людям, для уборки помещений, замены обслуживающего персонала в барах и ресторанах, больницах и домах престарелых».

Разработанные технологии можно будет применить также в военной или транспортной технике. И хотя мы несколько отстали от зарубежных фирм в данной области, питерские умельцы надеются вскоре это отставание ликвидировать и начать серийное производство андроидов. А чтобы проверить правильность своих разработок и программ, сотрудники «Новой эры» регулярно принимают участие в RoboCup — Всемирном Кубке по футболу среди роботов. На последнем из них, проходившем недавно в г. Радуе, Италия, наша команда заняла 11-е место. Это не так уж плохо, если учесть, что в соревнованиях принимали участие 183 команды, в том числе такие «киты робототехники», как Sony, Fujitsu и Sun.